(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主磁極と、
第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、が、媒体移動方向に対して略垂直な方向に積層されてなる積層体と、
前記積層体に電流を通電可能とした一対の電極と、
を備え、
前記第２の磁性層の磁化容易軸方向は、前記積層体の積層方向に対して略平行であり、
前記主磁極から発生する磁界が前記第１の磁性層および前記第２の磁性層の保磁力よりも大きいことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項２】
主磁極と、
シールドと、
前記主磁極と前記シールドとの間に設けられ、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、が、媒体移動方向に対して略垂直な方向に積層されてなる積層体と、
前記積層体に電流を通電可能とした一対の電極と、
を備え、
前記第２の磁性層の磁化容易軸方向は、前記積層体の積層方向に対して略垂直であり、
前記主磁極から発生し前記積層体に印加される磁界が前記第２の磁性層の保磁力よりも大きいことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項３】
前記第１の磁性層あるいは第２の磁性層の少なくとも一方に隣接し、前記隣接する磁性層より大きな保磁力を有する強磁性層あるいは反強磁性層を有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項４】
前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層よりも大きな保磁力を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項５】
磁気記録媒体と、
請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録媒体と前記磁気記録ヘッドとを離間させまたは接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動手段と、
前記磁気記録ヘッドを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする制御手段と、
前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読出しを行う信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする磁気記録装置。
【請求項６】
前記第１の磁性層の前記媒体移動方向の長さは、前記磁気記録媒体の最大移動速度に０．７×１０−９秒を乗じた値よりも大きいことを特徴とする請求項５記載の磁気記録装置。
【請求項７】
前記媒体移動方向に対して垂直な方向にみた前記主磁極の幅は、前記第１の磁性層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項５または６に記載の磁気記録装置。
【請求項８】
前記磁気記録媒体は、非磁性部材を介して孤立した記録磁性ドットが規則的に配列形成されたディスクリートビット媒体であることを特徴とする請求項６または７に記載の磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高記録密度、高記録容量、高データ転送レートのデータストレージの実現に好適な磁気記録ヘッドおよび高周波アシスト磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代においては、ＭＲ（Magneto-Resistive effect）ヘッドとＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive effect）ヘッドの実用化が引き金となって、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の記録密度と記録容量が飛躍的な増加を示した。しかし、２０００年代に入ってから磁気記録媒体の熱揺らぎの問題が顕在化してきたために、記録密度増加のスピードが一時的に鈍化した。それでも、面内磁気記録よりも原理的に高密度記録に有利である垂直磁気記録が２００５年に実用化されたことが牽引力となって、昨今、ＨＤＤの記録密度は年率約４０％の伸びを示している。
【０００３】
また、最新の記録密度実証実験では４００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２を超えるレベルが達成されており、このまま堅調に進展すれば、２０１２年頃には記録密度１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２が実現されると予想されている。しかしながら、このような高い記録密度の実現は、垂直磁気記録方式を用いても、再び熱揺らぎの問題が顕在化するために容易ではないと考えられる。
【０００４】
この問題を解消し得る記録方式として「高周波磁界アシスト記録方式」が提案されている。高周波磁界アシスト記録方式では、記録信号周波数より十分に高い、磁気記録媒体の共鳴周波数付近の高周波磁界を局所的に印加する。この結果、磁気記録媒体が共鳴し、高周波磁界を印加された磁気記録媒体の保磁力（Ｈｃ）はもともとの保磁力の半分以下となる。このため、記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、より高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の磁気記録媒体への磁気記録が可能となる（例えば、特許文献１）。しかし、この特許文献１に開示された手法ではコイルにより高周波磁界を発生させており、高密度記録時に効率的に高周波磁界を印加することが困難であった。
【０００５】
そこで高周波磁界の発生手段として、スピントルク発振子を利用する手法も提案されている（例えば、特許文献２および３）。この特許文献２および３に開示された技術においては、スピントルク発振子は、スピン注入層と、中間層と、磁性層（発振層）と、電極とからなる。電極を通じてスピントルク発振子に直流電流を通電すると、スピン注入層によって生じたスピントルクにより、磁性層（発振層）の磁化が強磁性共鳴を生じる。その結果、スピントルク発振子から高周波磁界が発生することになる。
【０００６】
スピントルク発振子のサイズは数十ナノメートル程度であるため、発生する高周波磁界はスピントルク発振子の近傍の数十ナノメートル程度に局在する。さらに高周波磁界の面内成分により、垂直磁化した磁気記録媒体を効率的に共鳴すること可能となり、磁気記録媒体の保磁力を大幅に低下させることが可能となる。この結果、主磁極による記録磁界と、スピントルク発振子による高周波磁界とが重畳した部分のみで高密度磁気記録が行われ、高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の磁気記録媒体を利用することが可能となる。このため、高密度記録時の熱揺らぎの問題を回避できる。
【特許文献１】米国特許第６０１１６６４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００２３９３８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／０２１９７７１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スピントルク発振子を備えた磁気記録ヘッドを実現するためには、磁気記録ヘッドに対し、ある一定速度で移動する磁気記録媒体に記録パターンを記録していく必要がある。しかし、スピントルク発振子の発振層、中間層およびスピン注入層などが媒体移動方向に積層された構造で、スピントルク発振子を駆動する電流が、スピン注入層と発振層の境界に対し垂直に流入させる場合、磁気記録媒体の移動速度、すなわちディスクの回転速度と、媒体移動方向の発振層の厚みとの関係により、高周波アシスト記録における媒体の一点に対する高周波磁界印加時間がある臨界時間以下であると、媒体のパターン反転率が小さくなり記録が困難になるという問題があった。一方、発振層の膜厚を厚くすると発振効率が落ちるため膜厚を自由に厚くできず、発振効率と書込み反転率が背反してしまうという欠点があった。
【０００８】
このため、効果的・効率的なスピントルク発振子を備えた磁気記録ヘッドの実用化のためには、媒体の書込み反転率が高い磁気記録ヘッドの開発が不可欠である。
【０００９】
本発明は、上記の状況に鑑み、書込み反転率と発振効率を上げることを可能としたスピントルク発振子を提供して、効果的・効率的な高周波アシスト磁気記録を可能とした磁気記録ヘッド及びこれを用いた磁気記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、主磁極と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、が、媒体移動方向に対して略垂直な方向に積層されてなる積層体と、前記積層体に電流を通電可能とした一対の電極と、を備え、前記第２の磁性層の磁化容易軸方向は、前記積層体の積層方向に対して略平行であり、前記主磁極から発生する磁界が前記第１の磁性層および前記第２の磁性層の保磁力よりも大きいたことを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。
また、本発明の別の一態様によれば、主磁極と、シールドと、前記主磁極と前記シールドとの間に設けられ、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、が、媒体移動方向に対して略垂直な方向に積層されてなる積層体と、前記積層体に電流を通電可能とした一対の電極と、を備え、前記第２の磁性層の磁化容易軸方向は、前記積層体の積層方向に対して略垂直であり、前記主磁極から発生し前記積層体に印加される磁界が前記第２の磁性層の保磁力よりも大きいことを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。
【００１１】
本発明の他の一態様によれば、磁気記録媒体と、上記のいずれかの磁気記録ヘッドと、前記磁気記録媒体と前記磁気記録ヘッドとを離間させまたは接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動手段と、前記磁気記録ヘッドを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする制御手段と、前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読出しを行う信号処理手段と、を備えたことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、書込み反転率と発振効率を上げることを可能としたスピントルク発振子を提供して、安定な高周波アシスト磁気記録を可能とした磁気記録ヘッド及びこれを用いた磁気記録装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。  
（第１の実施の形態）
本発明の高周波アシスト磁気記録ヘッドに関わる第１の実施の形態について、ここでは多粒子系の垂直磁気記録媒体に記録する場合を想定して、説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる磁気記録ヘッドの書込みヘッド部の概略構成を表す斜視図である。  
また、図２は、この磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを表す斜視図である。
【００１５】
本実施形態の磁気記録ヘッド５は、書込みヘッド部６０と図示しない再生ヘッド部と、から構成される。書込みヘッド部６０は、主磁極６１と、シールド６２と、励磁コイル６３と、リターンヨーク６５と、スピントルク発振子１０と、一対の電極４１、４２と、を有する。主磁極６１は、一対の励磁コイル６３に励磁用電流６４を流すことにより磁界を発生する。記録媒体は主磁極６１からシールド６２へ向く媒体移動方向８５に沿って移動する。記録媒体のトラック幅９０は、スピントルク発振子１０の積層方向１５と平行となっている。
【００１６】
書込みヘッド部６０の各要素は、図示しないアルミナなどの絶縁体により分離されている。
【００１７】
この磁気記録ヘッド５は、図２に表したようにヘッドスライダー３に搭載される。ヘッドスライダー３は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどからなり、磁気ディスクなどの磁気記録媒体の上を浮上または接触しながら相対的に運動できるように設計・加工されている。そして、ヘッドスライダー３は、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有する。ヘッドスライダー３の側面にスピントルク発振子１０の積層面を設けるようにスピントルク発振子１０を配置することにより、主磁極６１からスピントルク発振子１０に向かう方向を、媒体移動方向８５に設定して、安定した書込みを実現することができる。
【００１８】
図３は、この磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。
【００１９】
スピントルク発振子１０は、第１の電極４１と、スピン注入層３０（第２の磁性層）と、スピン透過率の高い中間層２２と、発振層１０ａ（第１の磁性層）とバイアス層２０と第２の電極４２と、がこの順に、媒体移動方向８５に対して略垂直な方向に積層された構造を有する。すなわち、スピントルク発振子１０の各層は、トラック幅方向９０に対して平行な方向に積層された構造を有する。電極４２から電極４１へ駆動電子流５２を流すことにより、発振層１０ａから高周波磁界を発生させることができる。駆動電流密度は、５×１０７Ａ／ｃｍ２から１×１０９Ａ／ｃｍ２にすることが望ましく、所望の発振状態になるよう適宜調整する。
【００２０】
ここで、媒体への書込みを行うために必要な媒体移動方向８５に沿う発振層１０ａの長さＬと、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のディスク最大移動速度との関係について説明する。
【００２１】
磁気記録ヘッドは、磁気記録媒体に対し、ある一定速度で移動しながら記録パターンを記録していく。この時、磁気記録に必要な発振層１０ａの長さＬは、ディスク最大移動速度により異なる。ＨＤＤの回転数は、通常ｒｐｍ（１分間あたりの回転数）で表され、ディスク直径Ｄ（インチ）・回転数ＲＰＭ（ｒｐｍ）の最大移動速度は式（１）で表される。
ディスク最大移動速度（ｍ／秒）＝（ＲＰＭ÷６０）×Ｄ×π×０．０２５４  （１）
図５は、主な仕様のＨＤＤのディスク最大移動速度と発振層１０ａに必要な長さを表す表である。  
ディスクの大きさとディスク回転数の組み合わせによるディスク最大移動速度を、図５（ａ）の表に示す。
【００２２】
ディスク直径２．５インチで、ディスク回転数が５４００ｒｐｍの場合には、ディスクの最大移動速度は１８．０ｍ／秒であり、ディスク直径３．５インチでディスク回転数が１００００ｒｐｍであれば、ディスクの最大移動速度は４６．５ｍ／秒である。
【００２３】
一方、高周波発振素子からのアシスト磁界印加時間が短いと媒体の反転確率が小さくなる。
【００２４】
図４は、媒体磁化反転率とアシスト磁界印加時間の関係を表すグラフ図である。  
記録媒体の異方性磁界Ｈｋ＝１０５００Ｏｅ、高周波アシスト磁界+/-１０００Ｏｅ、アシスト周波数１０ＧＨｚ、書込み磁界５０００Ｏｅでのシミュレーション結果を示す。アシスト磁界の印加時間が０．７ナノ秒以下で急激に反転確率は小さくなってしまう。従ってＨＤＤのディスク最大移動速度で０．７ナノ秒以上の印加時間を確保するためには、発振層１０ａの媒体移動方向８５の長さＬは、ディスク最大移動速度×０．７ナノ秒以上である必要がある。まとめると以下の式（２）になる。
発振層長さＬ（ナノメートル）≧ＲＰＭ(rpm)×Ｄ(インチ)×０．０００９３  （２）
ディスクの大きさとディスク回転数の組み合わせによる、ディスク移動方向、すなわち媒体移動方向８５に沿う発振層１０ａの必要な長さＬを、図５（ｂ）の表に示す。
【００２５】
ディスク直径２．５インチで、ディスク回転数が５４００ｒｐｍの場合には、ディスク移動方向に必要な発振層１０ａの長さは（２）式より１２．６ｎｍと求められ、ディスク直径が３．５インチでディスク回転数が１００００ｒｐｍであれば、必要な発振層１０ａの長さは３２．６ｎｍと求められる。
【００２６】
本実施の形態では、トラック幅方向９０にスピントルク発振子１０を積層していることにより、発振層１０ａの長さＬを十分にとることが可能であり、また発振層１０ａの厚みを薄くすることにより、発振効率を上げることが可能となる。
【００２７】
図６は、比較例によるスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。  
主磁極６１の成膜方向に従い、電極４２、発振層１０ａ、中間層２２、スピン注入層３０及び電極４１が、媒体移動方向８５に沿って積層されている。この場合、スピントルク発振子１０の駆動電子流５２は、発振層１０ａとスピン注入層３０の境界に対し垂直に流入させる必要があり、また、発振層１０ａの膜厚は５ｎｍから２０ｎｍとすることが望ましく、薄いほど発振効率が高くなり発振しやすくなる。しかし、媒体移動方向８５に沿う発振層の長さとしては短くなる。
【００２８】
媒体の移動速度は、例えばディスク直径２．５インチで、回転数が５４００ｒｐｍの場合、ＨＤＤの中周で１０ｍ／秒程度、外周で１８ｎｍ／秒である。図４より、書込みに必要な臨界時間が０．７ナノ秒程度であるので、発振層に必要な長さは、中周で７ｎｍ、最大で１２．６ｎｍとなる。
【００２９】
従って、媒体移動方向８５に沿ってスピントルク発振子１０の各層を積層する比較例の構造では、発振層１０ａの膜厚を書込みに必要な長さまで厚くすると、発振効率の観点からは望ましい厚さの許容範囲が限定されてしまい、十分な厚さとすると発振効率が下がってしまう。一方、発振効率をあげるため、発振層１０ａの膜厚を薄くすると媒体の反転率が不十分となってしまう。  
従って、積層方向１５は媒体移動方向８５と直交することが望ましい。
【００３０】
電極４１及び電極４２としては、Ｔｉ、Ｃｕなどの電気抵抗が低く、酸化されにくい材料を用いることができる。
【００３１】
中間層２２としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどのスピン透過率の高い非磁性材料を用いることができる。中間層２２の膜厚は、１原子層から３ｎｍとすることが望ましい。中間層２２を設けることにより発振層１０ａとスピン注入層３０の交換結合を抑えることができる。
【００３２】
発振層１０ａは、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ等の、比較的飽和磁束密度が大きく膜面内方向に磁気異方性を有するソフトな強磁性材料からなっており、発振層１０ａの膜厚は５ｎｍから２０ｎｍとすることが望ましい。
【００３３】
発振層１０ａに配向をもたせるため、発振層１０ａに隣接してバイアス層２０を積層させてもよい。バイアス層２０はＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＮｉＭｎ、ＦｅＭｎＲｈ、ＲｈＭｎ、ＣｏＭｎ、ＣｒＭｎ、ＣｒＭｎＰｔ、ＣｒＭｎＲｈ、ＣｒＭｎＣｕ、ＣｒＭｎＰｄ、ＣｒＭｎＩｒ、ＣｒＭｎＮｉ、ＣｒＭｎＣｏ、ＣｒＭｎＴｉ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなどの反強磁性材料を用いて成膜する。あるいはバイアス層２０として次のような硬磁性材料を利用することができる。つまりＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ等のＣｏＣｒ系磁性層、ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金磁性層や、ＳｍＣｏ系合金磁性層などの垂直配向性に優れた材料である。
【００３４】
この場合、磁性層の磁化の向きを膜面垂直もしくは膜面平行になるよう制御するため、下地層を用いてもよい。例えば、磁化方向を面内平行とするためにＣｒ、Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等の非磁性遷移金属およびこれらの合金およびそれらの積層膜を利用することが可能である。このバイアス層２０とソフトな強磁性材料である発振層１０ａを強磁性結合させることにより発振層１０ａを単磁区化して、安定した発振を実現することができる。図３では、バイアス層２０を硬磁性材料で作製し、発振層１０ａと強磁性結合させている。これらバイアス層を用いた場合、発振層の保磁力とはバイアス層から付与された有効磁界も含めて保磁力と呼ぶこととする。
【００３５】
スピン注入層３０は、ＣｏＰｔ等の硬磁性材料を用いて成膜される。スピン注入層３０の膜厚は２ｎｍから６０ｎｍとすることが望ましい。なお、スピン注入層３０としては、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ等の、比較的、飽和磁束密度の大きく膜面内方向に磁気異方性を有する軟磁性層や、膜面内方向に磁化が配向したＣｏＣｒ系の磁性合金膜を用いることができる。さらに、膜面直方向に磁化配向したＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ等のＣｏＣｒ系磁性、ＴｂＦｅＣｏ等のＲＥ−ＴＭ系アモルファス合金磁性層、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ等のＣｏ人工格子磁性層、ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金磁性層、ＳｍＣｏ系合金磁性層など、垂直配向性に優れた材料も適宜用いることができる。また、複数の上記材料を積層してもよい。これは、スピン注入層の飽和磁束密度（Ｂｓ）および異方性磁界（Ｈｋ）を調整するためである。
【００３６】
この場合、異方性磁界あるいは保磁力調整の考え方は、前述した発振層に隣接させるバイアス層と同様である。バイアス層と区別させるために、中間層に隣接した層をスピン注入層、他の層をバイアス層と適宜呼ぶこととする。またスピン注入層の保磁力や異方性磁界とはバイアス層に付与された有効磁界を含むこととする。バイアス層２０はＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＮｉＭｎ、ＦｅＭｎＲｈ、ＲｈＭｎ、ＣｏＭｎ、ＣｒＭｎ、ＣｒＭｎＰｔ、ＣｒＭｎＲｈ、ＣｒＭｎＣｕ、ＣｒＭｎＰｄ、ＣｒＭｎＩｒ、ＣｒＭｎＮｉ、ＣｒＭｎＣｏ、ＣｒＭｎＴｉ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなどの反強磁性材料を用いて成膜することも可能である。発振層も、スピン注入層と同様な硬磁性材料を用いることもできる。発振を安定させるため、保磁力は発振層よりスピン注入層の方が大きくなるように調整する。
【００３７】
さらに、発振層あるいはスピン注入層は、強磁性体と非磁性層と強磁性体とを積層した積層フェリ構造、もしくは、積層フェリ構造と反強磁性体とを積層した構造としてもよい。この場合、強磁性体として上記記載の強磁性体を利用可能であり、非磁性層としてはＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕ等の貴金属を用いることが好ましく、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ等の非磁性遷移金属を利用することも可能であり、反強磁性体として上記記載の反強磁性体を利用可能である。
【００３８】
また、電極４１の下部および電極４２の上部に硬磁性材料で作成したハードバイアス層を設けてもよい。ハードバイアス層が印加する磁界を発振層の磁化容易軸方向と一致させることにより、さらに発振を安定化させることができる。
【００３９】
本実施の形態では、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１０を挟むようにスピントルク発振子１０が配置されている。この配置においては、主磁極６１からの記録磁界とスピントルク発振子１０からの高周波磁界が重畳する領域で、記録パターンが媒体上に形成される。さらに、スピン注入層３０、発振層１０ａの磁化容易軸を膜面に垂直に配向させていることにより、安定した発振がなされる。
【００４０】
図７及び図８は、主磁極６１からの磁界６１１に対するスピン注入層３０及び発振層１０ａの磁化容易軸の方向と、発振特性の安定性との関係を説明するための模式図である。  図７（ａ）は、スピン注入層３０及び発振層１０ａの磁化容易軸の方向が積層された膜の膜面に垂直の場合を示す。主磁極からの磁界６１１が反転すると、この磁界６１１の向きと垂直なスピン注入層３０の磁化の方向が傾く。図７（ｂ）に示すように、主磁極６１からシールド６２方向に磁界が発生する場合のスピン注入層３０での有効磁界は矢印６１２で表され、一方、シールド６２から主磁極６１方向に磁界が発生する場合のスピン注入層３０での有効磁界は矢印６１３で表される。主磁極６１からの磁界６１１が反転しても、スピン注入層３０での有効磁界は、その方向が変わっても大きさは変化しない。従って、異方性磁界６１４を示す発振層１０ａの有効磁界は変動せず、安定な発振が行われる。
【００４１】
図８（ａ）は、スピン注入層３０及び発振層１０ａの磁化容易軸の方向が積層された膜の膜面と平行で、且つ図示していない媒体移動方向８５とも平行の場合を示す。この場合、主磁極６１からの磁界が大きいと、反転した場合、スピン注入層３０での有効磁界はその方向を変えないが大きさが変化する。すなわち、図８（ｂ）に示すように、主磁極６１からシールド６２方向に磁界が発生する場合のスピン注入層３０での有効磁界６１２と、シールド６２から主磁極６１方向に磁界が発生する場合のスピン注入層３０での有効磁界６１３とは、主磁極６１からの磁界６１１が反転したとき大きさが異なってしまう。そのため、発振層１０ａの有効磁界の大きさが変化し、発振周波数が変動してしまう。
【００４２】
本実施形態では、積層体の各層の磁化容易軸の方向を膜面に対し垂直としているため、発振周波数の安定なスピントルク発振子１０が得られる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。  
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。  
スピントルク発振子１０は、第１の電極４１と、スピン注入層３０と、スピン透過率の高い中間層２２と、発振層１０ａとバイアス層２０と第２の電極４２と、がこの順にトラック幅方向９０に平行に積層された構造を有する。主磁極からの磁場方向６１５が、シールド６２から主磁極６１へ向かう場合を示している。
【００４４】
スピン注入層３０及び発振層１０ａの磁化容易軸の方向は、積層された膜の膜面に平行で、且つ図示していない媒体移動方向８５とも平行である。この場合、主磁極６１からの磁界と積層された各層の異方性磁界は平行しているため、主磁極６１からの磁界が反転すると、発振層１０ａの有効磁界が変化し、発振周波数が変化してしまう。これを防止するため、主磁極６１からスピントルク発振子１０にかかる磁界、スピン注入層３０の保磁力、発振層１０ａの保磁力を、この順に小さくなるよう設定する。このように設定することによりスピントルク発振子１０の磁化の方向を、主磁極６１からの磁界が反転しても同じ方向に保つことができ、発振層１０ａの有効磁界の大きさを一定に保つことができる。その結果、安定な動作をするスピントルク発振子１０を得ることができる。
【００４５】
次に、第２の実施形態の変形例について説明する。  
図１０は、本変形例のスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。  
スピントルク発振子１０は、第１の電極４１と、スピン注入層３０と、スピン透過率の高い中間層２２と、発振層１０ａと第２の電極４２と、がこの順にトラック幅方向９０に平行に積層された構造を有する。
【００４６】
主磁極６１からの磁界が大きい場合には、発振層１０ａはバイアス層２０と単磁区化するため、バイアス層２０はなくてもスピントルク発振子１０は安定に動作する。
【００４７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。  
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。  
スピントルク発振子１０は、第１の電極４１と、スピン注入層３０と、スピン透過率の高い中間層２２と、発振層１０ａとバイアス層２０と第２の電極４２と、がこの順にトラック幅方向９０に平行に積層された構造を有する。
【００４８】
スピン注入層３０及び発振層１０ａの磁化の方向は、積層された膜の膜面に平行で、且つ媒体対向面１００に対し垂直である。この場合には、主磁極６１からの磁界が反転してもスピントルク発振子１０の磁化が反転することはなく、発振層１０ａの有効磁界の大きさが一定となる。その結果、安定な動作をするスピントルク発振子１０を得ることができる。
【００４９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。  
図１２は、本発明の第４の実施の形態にかかる磁気記録ヘッドの書込みヘッド部の概略構成を表す斜視図である。  
本発明の第１から第３の実施の形態では、シールド６２を設け、斜め磁界を発生させて媒体の磁化を容易にしている。これに対し、シールド６２を設けない場合には、主磁極６１からスピントルク発振子１０にかかる磁界が抑制され、バイアス層２０の磁化が安定化することにより、発振周波数の乱れが小さくなる。
【００５０】
第１の実施の形態の磁気記録ヘッドの書込み部から、シールド６２を除去した構成であり、単磁極記録ヘッドとスピントルク発振子１０を組み合わせた構成となっている。
【００５１】
本実施形態によれば、主磁極６１からスピントルク発振子１０にかかる磁界が抑制され、バイアス層２０の磁化が安定化することにより、発振周波数の乱れが小さい磁気記録ヘッドを提供することが可能となる。
【００５２】
本発明の第１から第４の実施形態では、スピントルク発振子１０の各層の積層方向１５を、トラック幅方向９０と平行としている。そのため、発振層１０ａの厚さを薄くして発振効率を上げ、且つ媒体移動方向８５に沿う発振層１０ａの長さを十分な書込み時間を確保できるように長くとることが可能となっている。従って、発振層１０ａの厚さが薄いことにより、媒体への書込み幅が小さくなる。その結果、媒体対向面１００から見て、主磁極６１の幅を発振層１０ａの厚さより大きくとることが可能である。この場合、発振層１０ａから発生する高周波磁界の範囲でトラック方向の書込み幅がほぼ決定されるので、発振層１０ａの厚さとトラック幅は等しくなる。そのため、主磁極６１の幅を媒体のトラック幅とは独立に大きくすることができる。
【００５３】
本発明の実施形態では、発振層１０ａの厚さは２０ｎｍ程度であるので、書込みパターンのトラック幅が２０ｎｍ程度となる。従って、本発明の実施形態による磁気記録ヘッドは、非常に高いトラック密度のハードディスクに適用可能となる。トラック幅が１５０ｎｍ程度の低トラック密度のハードディスクへの適用は困難が伴うが、ディスクリート媒体やディスクリートビット媒体などの隣接トラックと交換結合が切れている媒体に適用する場合には、トラックの一部が反転すればトラック全体の反転が生じるため、トラック密度の制約がなくなる。その結果、トラック密度の制約がない広いハードディスク仕様に対応する高周波磁界アシスト記録ヘッドを実現することが可能となる。
【００５４】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の実施の形態に係る磁気記録装置について説明する。すなわち、図１〜図５及び図７〜図１２に関して説明した本発明の磁気記録ヘッド５は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することを前提としている。
【００５５】
図１３は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。  
すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク１８０は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク１８０を備えたものとしてもよい。
【００５６】
媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダー３は、図２に関して前述したような構成を有し、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダー３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気記録ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００５７】
媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダー３の媒体対向面１００（ＡＢＳ）は媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダーが媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００５８】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００５９】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００６０】
図１４は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリ１６０をディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【００６１】
サスペンション１５４の先端には、図１〜図５及び図７〜図１２に関して前述した、いずれかの磁気記録ヘッド５を具備するヘッドスライダー３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダー３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００６２】
本発明によれば、図１〜図５及び図７〜図１２に関して前述したような磁気記録ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で垂直磁気記録型の媒体ディスク１８０に情報を確実に記録することが可能となる。なお、効果的な高周波アシスト記録を行うためには、使用する媒体ディスク１８０の共鳴周波数とスピン発振子１０の発振周波数とをほぼ等しくすることが望ましい。
【００６３】
図１５は、本実施形態において用いることができる磁気記録媒体を例示する模式図である。  
すなわち、本実施形態の磁気記録媒体１は、非磁性体（あるいは空気）８７により互いに分離された垂直配向した多粒子系の磁性ディスクリートトラック（記録トラック）８６を有する。この磁気記録媒体１がスピンドルモータ４により回転され、媒体走行方向８５に向けて移動する際に、図１〜図５及び図７〜図１２に関して前述した磁気記録ヘッド５により、記録磁化８４を形成することができる。
【００６４】
スピントルク発振子１０の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１０から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができる。このため、本具体例の磁気記録媒体１では、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。
【００６５】
本実施形態によれば、いわゆる「べた膜状」の多粒子系垂直媒体を用いるよりも、狭トラックすなわち高トラック密度の高周波アシスト記録装置を実現することが容易になる。また、高周波磁界アシスト記録方式を利用し、さらに従来の磁気記録ヘッドでは書き込み不可能なＦｅＰｔやＳｍＣｏ等の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の媒体磁性材料を用いることによって、媒体磁性粒子をナノメートルのサイズまでさらに微細化することが可能となり、記録トラック方向（ビット方向）においても、従来より遥かに線記録密度の高い磁気記録装置を実現することができる。
【００６６】
図１６は、本実施形態において用いることができるもうひとつの磁気記録媒体を例示する模式図である。  
すなわち、本具体例の磁気記録媒体１は、非磁性体８７により互いに分離された磁性ディスクリートビット８８を有する。この磁気記録媒体１がスピンドルモータ４により回転され、媒体走行方向８５に向けて移動する際に、図１〜図５及び図７〜図１２に関して前述した磁気記録ヘッド５により、記録磁化８４を形成することができる。
【００６７】
本発明によれば、図１５及び図１６に表したように、ディスクリート型の磁気記録媒体１において、高い保磁力を有する記録層に対しても確実に記録することができ、高密度且つ高速の磁気記録が可能となる。
【００６８】
この具体例においても、スピントルク発振子１０の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１０から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができるため、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。本実施例を用いれば、使用環境下での熱揺らぎ耐性を維持できる限りは、磁性ディスクリートビット８８の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）化と微細化を進めることで、１０Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２以上の高い記録密度の高周波磁界アシスト記録装置を実現できる可能性がある。
【００６９】
この発明によるヘッドは従来の媒体を固定したＨＤＤだけでなく、媒体を交換できる可換媒体とともに使用することも可能である。
【００７０】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係る磁気記録装置について説明する。  
図１７は、本発明の第５の実施の形態にかかる磁気記録装置の磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。  
すなわち、同図は、磁気記録ヘッドの書き込みヘッド部の構成を例示している。  
図１８は、本発明の第５の実施の形態にかかる磁気記録装置の要部の構成を例示する模式的斜視図である。  
すなわち、同図は、磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを例示している。  
図１９は、本発明の第５の実施の形態にかかる磁気記録装置の磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。
【００７１】
図１７に表したように、本実施形態に係る磁気記録ヘッド５は、書込みヘッド部６０と再生ヘッド部７０と、を有する。  
一方、書込みヘッド部６０は、主磁極６１と、シールド６２と、励磁コイル６３と、リターンヨーク６５と、スピントルク発振子１０と、一対の電極、すなわち、第１の電極４１及び第２の電極４２とを有する。主磁極６１は、一対の励磁コイル６３に励磁用電流を流すことにより磁界を発生する。主磁極６１は第２の電極４２を、シールド６２は第１の電極４１を兼ねることもできる。その場合シールド６２と主磁極６１の間に絶縁層６１ｉを挟んで電気的に分離する必要がある。磁気記録媒体１は、主磁極６１からシールド６２へ向く媒体移動方向８５に沿って移動する。磁気記録媒体１の移動方向８５は、スピントルク発振子１０の積層方向１５と平行となっている。  
書込みヘッド部６０の各要素は、図示しないアルミナなどの絶縁体により分離されている。本具体例では、主磁極６１と電極４２とは兼用されている。また、シールド６２と電極４１とは兼用されている。主磁極６１とシールド６２との間には、発振子励磁用電源６１によって電圧が印加される。
【００７２】
一方、再生ヘッド部７０は再生素子７１を有する。再生ヘッド部７０は、再生素子バイアス用電源７１ｐに接続され、これにより再生素子７１には電圧が印加される。
【００７３】
図１８に表したように、磁気記録ヘッド５は、ヘッドスライダー３に搭載される。ヘッドスライダー３は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどからなり、磁気ディスクなどの磁気記録媒体１の上を浮上または接触しながら相対的に運動できるように設計・加工されている。そして、ヘッドスライダー３は、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有する。ヘッドスライダー３の空気流出端３Ｂの側面にスピントルク発振子１０の積層面を設けるようにスピントルク発振子１０を配置することにより、主磁極６１からスピントルク発振子１０に向かう方向を、媒体移動方向８５に設定して、安定した書込みを実現することができる。
【００７４】
図１９は、この磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。  
図１９に表したように、スピントルク発振子１０は、第１の電極４１と、スピン注入層３０（第２の磁性層）と、スピン透過率の高い中間層２２と、発振層１０ａ（第１の磁性層）と、バイアス層２０と第２の電極４２と、がこの順に、媒体移動方向８５に対して略垂直な方向に積層された構造を有する。なお、バイアス層２０は必要に応じて設ければ良く省略可能である。
【００７５】
スピントルク発振子１０の各層は、トラック幅方向９０に対して平行な方向に積層された構造を有する。すなわち、各層の主面は、トラック幅方向９０に対して略平行であり、媒体移動方向８５に対して略垂直である。第２の電極４２から第１の電極４１へ駆動電子流５２を流すことにより、発振層１０ａから高周波磁界を発生させることができる。駆動電流密度は、５×１０７Ａ／ｃｍ２から１×１０９Ａ／ｃｍ２にすることが望ましく、所望の発振状態になるよう適宜調整する。
【００７６】
ここで、磁気記録媒体１への書込みを行うために必要な媒体移動方向８５に沿う発振層１０ａの厚みＴと、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のディスク最大移動速度との関係について説明する。
【００７７】
磁気記録ヘッドは、磁気記録媒体１に対し、ある一定速度で移動しながら記録パターンを記録していく。この時、磁気記録に必要な発振層１０ａの厚みＴは、ディスク最大移動速度により異なる。ＨＤＤの回転数は、通常ｒｐｍ（１分間あたりの回転数）で表され、ディスク直径Ｄ（インチ）・回転数ＲＰＭ（ｒｐｍ）の最大移動速度は式（３）で表される。
ディスク最大移動速度（ｍ／秒）＝（ＲＰＭ÷６０）×Ｄ×π×０．０２５４  （３）
ここで、本実施形態に係る磁気記録ヘッドにおける発振層１０ａに必要な厚みＴは、既に図５によって説明した第１の実施形態に係る磁気記録ヘッドにおける発振１０ａに必要な長さに相当する。  
すなわち、図５（ａ）に表したように、ディスク直径２．５インチで、ディスク回転数が５４００ｒｐｍの場合には、ディスクの最大移動速度は１８．０ｍ／秒であり、ディスク直径３．５インチでディスク回転数が１００００ｒｐｍであれば、ディスクの最大移動速度は４６．５ｍ／秒である。  
一方、高周波発振素子からのアシスト磁界印加時間が短いと媒体の反転確率が小さくなる。  
すなわち、既に図４で説明したように、アシスト磁界の印加時間が０．７ナノ秒以下で急激に反転確率は小さくなってしまう。
【００７８】
従ってＨＤＤのディスク最大移動速度で０．７ナノ秒以上の印加時間を確保するためには、発振層１０ａの媒体移動方向８５の厚みＴは、ディスク最大移動速度×０．７ナノ秒以上である必要がある。以上をまとめると、以下の式（４）になる。
発振層厚みＴ（ナノメートル）≧ＲＰＭ(rpm)×Ｄ(インチ)×０．０００９３  （４）
そして、既に説明した図５（ｂ）に表したように、ディスク直径２．５インチで、ディスク回転数が５４００ｒｐｍの場合には、ディスク移動方向に必要な発振層１０ａの厚みＴは（４）式より１２．６ｎｍと求められ、ディスク直径が３．５インチでディスク回転数が１００００ｒｐｍであれば、必要な発振層１０ａの厚みは３２．６ｎｍと求められる。
【００７９】
本実施形態の磁気記録ヘッドにおいては、媒体磁化反転率を充分確保するために、発振層１０ａの厚みＴが式（４）を満たすことで、安定した書込みを実現することができる。
【００８０】
本実施の形態では、トラック幅方向９０にスピントルク発振子１０を積層していることにより、発振層１０ａの長さＬを十分にとることが可能であり、また発振層１０ａの厚みを薄くすることにより、発振効率を上げることが可能となる。
【００８１】
本実施形態に係る磁気記録ヘッドにおいても、第１の電極４１及び第２の電極４２としては、Ｔｉ、Ｃｕなどの電気抵抗が低く、酸化されにくい材料を用いることができる。
【００８２】
中間層２２としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどのスピン透過率の高い非磁性材料を用いることができる。中間層２２の膜厚は、１原子層から３ｎｍとすることが望ましい。中間層２２を設けることにより発振層１０ａとスピン注入層３０の交換結合を抑えることができる。
【００８３】
発振層１０ａは、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ等の、比較的飽和磁束密度が大きく膜面内方向に磁気異方性を有するＮｉＦｅ・ＣｏＦｅなどのソフトな強磁性材料からなっており、発振層１０ａの膜厚は５ｎｍから２０ｎｍとすることが望ましい。
【００８４】
発振層１０ａに配向をもたせるため、発振層１０ａに隣接して別のバイアス層を積層させてもよい。この時のバイアス層は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＮｉＭｎ、ＦｅＭｎＲｈ、ＲｈＭｎ、ＣｏＭｎ、ＣｒＭｎ、ＣｒＭｎＰｔ、ＣｒＭｎＲｈ、ＣｒＭｎＣｕ、ＣｒＭｎＰｄ、ＣｒＭｎＩｒ、ＣｒＭｎＮｉ、ＣｒＭｎＣｏ、ＣｒＭｎＴｉ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなどＣｏＰｔ等の硬磁性材料あるいはＩｒＭｎやＰｔＭｎ等の反強磁性材料を用いて成膜する。あるいは、このバイアス層として、次のような硬磁性材料を利用することができる。つまりＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ等のＣｏＣｒ系磁性層、ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金磁性層や、ＳｍＣｏ系合金磁性層などの垂直配向性に優れた材料である。
【００８５】
この場合、磁性層の磁化の向きを膜面垂直もしくは膜面平行になるよう制御するため、下地層を用いてもよい。例えば、磁化方向を面内平行とするためにＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ等の非磁性遷移金属およびこれらの合金およびそれらの積層膜を利用することが可能である。発振層１０ａに隣接して設けるバイアス層と、ソフトな強磁性材料である発振層１０ａと、を強磁性結合させることにより発振層１０ａを単磁区化して、安定した発振を実現することができる。
【００８６】
図１９では、バイアス層２０を硬磁性材料で作製し、スピン注入層３０と強磁性結合させている。これらバイアス層を用いた場合、発振層１０ａの保磁力とは、バイアス層から付与された有効磁界も含めて保磁力と呼ぶこととする。この場合、異方性磁界あるいは保磁力調整の考え方は、前述した発振層１０ａに隣接させるバイアス層と同様である。バイアス層と区別させるために、中間層２２に隣接した層をスピン注入層３０、他の層をバイアス層と適宜呼ぶこととする。
【００８７】
スピン注入層３０は、ＣｏＰｔ等の硬磁性材料を用いて成膜される。スピン注入層３０の膜厚は２ｎｍから６０ｎｍとすることが望ましい。
【００８８】
なお、スピン注入層３０及び発振層１０ａとしては、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ等の、比較的、飽和磁束密度の大きく膜面内方向に磁気異方性を有する軟磁性層や、膜面内方向に磁化が配向したＣｏＣｒ系の磁性合金膜を用いることができる。さらに、膜面直方向に磁化配向したＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ等のＣｏＣｒ系磁性、ＴｂＦｅＣｏ等のＲＥ−ＴＭ系アモルファス合金磁性層、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ等のＣｏ人工格子磁性層、ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金磁性層、ＳｍＣｏ系合金磁性層など、垂直配向性に優れた材料も適宜用いることができる。また、複数の上記材料を積層してもよい。これは、発振層とスピン注入層との飽和磁束密度（Ｂｓ）および異方性磁界（Ｈｋ）を調整するためである。
【００８９】
またスピン注入層３０の保磁力や異方性磁界は、バイアス層２０に付与された有効磁界を含むこととする。バイアス層２０は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＮｉＭｎ、ＦｅＭｎＲｈ、ＲｈＭｎ、ＣｏＭｎ、ＣｒＭｎ、ＣｒＭｎＰｔ、ＣｒＭｎＲｈ、ＣｒＭｎＣｕ、ＣｒＭｎＰｄ、ＣｒＭｎＩｒ、ＣｒＭｎＮｉ、ＣｒＭｎＣｏ、ＣｒＭｎＴｉ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなどの反強磁性材料を用いて成膜することも可能である。
【００９０】
発振層１０ａも、スピン注入層３０と同様な硬磁性材料を用いることもできる。発振を安定させるため、保磁力異方性磁界Ｈｋは発振層１０ａよりもスピン注入層３０の方が大きくなるように調整する。
【００９１】
さらに、発振層１０ａまたはスピン注入層３０は、強磁性体と非磁性層と強磁性体とを積層した積層フェリ構造、または、積層フェリ構造と反強磁性体とを積層した構造としてもよい。この場合、強磁性体として上記記載の強磁性体が利用可能であり、非磁性層としてはＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕ等の貴金属を用いることが好ましく、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ等の非磁性遷移金属を利用することも可能であり、反強磁性体として上記記載の反強磁性体を利用可能である。
【００９２】
また、第１の電極４１の下部、及び、第２の電極４２の上部に、硬磁性材料で作成したハードバイアス層を設けてもよい。ハードバイアス層が印加する磁界を発振層１０ａの磁化容易軸方向と一致させることにより、さらに発振を安定化させることができる。
【００９３】
本実施の形態では、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１０を挟むようにスピントルク発振子１０が配置されている。この配置においては、主磁極６１からの記録磁界とスピントルク発振子１０からの高周波磁界が重畳する領域で、記録パターンが媒体上に形成される。さらに、スピン注入層３０及び発振層１０ａの磁化容易軸を、膜面に垂直に配向させている。
【００９４】
スピントルク発振子１０の積層方向に大きなギャップ磁界が膜積層方向１５にかかり、しかも磁極励磁コイル６３に流れる電流極性が反転するとギャップ磁界も反転する。この場合、スピン注入層３０の保磁力をギャップ磁界よりも小さく調整することにより、ギャップ磁界の反転に伴ってスピン注入層３０の磁化も反転し、また発振層１０ａもスピン注入層３０よりも小さい保磁力に調整してあれば反転する。この様に、ギャップ磁界の反転に対し、スピン注入層３０と発振層１０ａとを常に同じ相対磁化方向で使用することにより、安定した発振が実現できる。
【００９５】
このように、主磁極６１から発生し前記積層体（スピントルク発振子１０）に印加される磁界が、スピン注入層３０の保磁力よりも大きいことで、より安定した発振が得られる。
【００９６】
本実施形態の場合、主磁極６１の成膜方向に従い、第２の電極４２、発振層１０ａ、中間層２２、スピン注入層３０及び第１の電極４１が、媒体移動方向８５に沿って積層されている。この場合、スピントルク発振子１０の駆動電子流５２は、発振層１０ａとスピン注入層３０との境界に対し垂直に流入させる必要があり、また、発振層１０ａの膜厚は５ｎｍから２０ｎｍとすることが望ましく、薄いほど発振効率が高くなり発振しやすくなる。しかし、媒体移動方向８５に沿う発振層の長さとしては短くなる。
【００９７】
磁気記録媒体１の移動速度は、例えばディスク直径２．５インチで、回転数が５４００ｒｐｍの場合、ＨＤＤの中周で１０ｍ／秒程度、外周最大で１８ｎｍ／秒である。図４より、書込みに必要な臨界時間が０．７ナノ秒程度であるので、発振層１０ａに必要な厚さＴは、中周で７ｎｍ、最大で１２．６ｎｍとなる。
【００９８】
従って、媒体移動方向８５に沿ってスピントルク発振子１０の各層を積層する本実施形態の構造では、発振層１０ａの厚さＴを書込みに必要な長さまで厚くすると、発振効率の観点からは望ましい厚さの許容範囲が限定されてしまい、十分な厚さとすると発振効率が下がってしまう。一方、発振効率をあげるため、発振層１０ａの厚さＴを薄くすると磁気記憶媒体１の反転率が不十分となってしまう。効率低下の原因として、考えられるのは発振させる磁気厚み（Ｍｓ×発振層の厚み）が大きくなることにより、単純にエネルギーが必要であることである。この対策として、エネルギー散逸を示すダンピングファクタαーが小さい物質を使用することが上げられる。こうするとエネルギー散逸が抑えられ、少ないエネルギーで発振させることができるため、厚い発振層を発振させることが可能になる。
【００９９】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、上述した各具体例に限定されるものではない。例えば、図１〜図５及び図７〜図１８に関して前述した各具体例のいずれか２つあるいはそれ以上を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の範囲に包含される。  
すなわち、本発明は各具体例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能であり、これらすべては本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施の形態にかかる磁気記録ヘッドの書込みヘッド部の概略構成を表す斜視図である。
【図２】磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを表す斜視図である。
【図３】磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。
【図４】媒体磁化反転率とアシスト磁界印加時間の関係を表すグラフ図である。
【図５】ディスク直径とディスク回転数の組み合わせによるディスク最大移動速度とディスク移動方向に必要な発振層長さを示す表である。
【図６】比較例によるスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。
【図７】積層体における磁化の方向と発振特性の安定性との関係を説明するための模式図である。
【図８】積層体における磁化の方向と発振特性の安定性との関係を説明するための模式図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。
【図１０】第２の実施の形態の変形例によるスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るスピントルク発振子１０を媒体対向面１００から見た模式図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態にかかる磁気記録ヘッドの書込みヘッド部の概略構成を表す斜視図である。
【図１３】磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１４】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【図１５】本実施形態において用いることができる磁気記録媒体を例示する模式図である。
【図１６】本実施形態において用いることができるもうひとつの磁気記録媒体を例示する模式図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態にかかる磁気記録装置の磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。
【図１８】本発明の第５の実施の形態にかかる磁気記録装置の要部の構成を例示する模式的斜視図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態にかかる磁気記録装置の磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  磁気記録媒体、  ３  ヘッドスライダー、  ３Ａ  空気流入側、  ３Ｂ  空気流出側、  ４  スピンドルモータ、  ５  磁気記録ヘッド、  １０  スピントルク発振子、  １０ａ  発振層、  １５  積層方向、  ２０  バイアス層、  ２２  中間層、  ３０  スピン注入層、  ４１  電極（第１の電極）、  ４２  電極（第２の電極）、  ５２  駆動電子流、  ６０  書込みヘッド部、  ６１  主磁極、６１ｐ  発振子励磁用電源、  ６１ｉ  絶縁層、  ６２  シールド、  ６３  励磁コイル、  ６４  励磁用電流、  ６５  リターンヨーク、  ７０  再生ヘッド部、  ７１  再生素子、  ８５  媒体移動方向、  ８６  磁性ディスクリートトラック、８７  非磁性部材、  ８８  磁性ディスクリートビット、  ９０  トラック幅方向、    １００  媒体対向面、  １５０  磁気記録再生装置、  １６０  磁気ヘッドアセンブリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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